具有磷酸铁锂电池的便携式拉弧螺柱焊机设备的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月17日提交的美国临时专利申请no.62/472,762和2018年3月19日提交的美国专利申请no.15/924,949的优先权，这两个申请的公开内容以引用方式并入本文，如同在本文中充分阐述一样。

本发明涉及一种螺柱焊机，更具体地说，涉及一种磷酸铁锂电池供电的便携式拉弧螺柱焊机。

背景技术：

螺柱焊接是一种将紧固件(如螺柱或其他紧固件)焊接到工件的基底金属上的技术。应当理解，术语“螺柱”在本文中通常用于指螺柱和其他紧固件，并且仅是示例性的而非限制性的。为此目的，本领域中已知各种螺柱焊机系统。一种这样类型的螺柱焊机系统被称为电容放电(cd)系统，其可包括充电电路、能量存储装置(例如，一个或多个电容器)、延伸通过焊接螺柱枪的放电电路。这种焊接系统的电源通常是外部交流电源。在操作中，能量存储装置放电，以在连接到焊接螺柱枪的螺柱和工件之间产生电弧，从而加热螺柱和工件。当电弧完成时，焊接螺柱枪将螺柱插入工件上的加热区域，以形成焊接件。然而，这些螺柱焊机系统在操作期间必须与外部电源(即ac电源)连接，因此不便携。另外，这些系统使用的电容放电过程在本领域和美国焊接协会(aws)d1.1等关键监管规范中被承认不适合结构应用中所需的全强度焊接。

为了产生适用于结构应用的全强度焊接，本领域已知并且根据awsd1.1焊接规范的要求，采用拉弧螺柱焊接系统。拉弧螺柱焊接系统可以包括高容量电功率转换器，其可以使用单相或三相工业ac电源作为输入，并且可以产生高电流dc焊接输出。对于能够焊接直径为1.27cm(0.5英寸)的螺柱的拉弧系统，该dc焊接输出电流应在800至900安培之间，持续时间为500至600毫秒。

拉弧螺柱焊接系统可以是电池供电的，以实现真正的便携性，不需要连接到输入电缆，并且小而轻，便于运输。对于这些便携式电池供电系统，最佳应用电池的挑战是重复提供所需的高焊接电流和适当高的焊接电压，同时尽可能小而轻。

包括电池的拉弧螺柱焊接系统应该能够以符合经验丰富的焊工(即操作者/用户)期望的速率(例如，每分钟螺柱焊接)产生螺柱焊接。该要求使得需要拉弧螺柱焊接系统的电池具有优异的热管理能力并避免过热。电池需要本质上安全，不受通常理解的危险的影响，这些危险包括：在使用过程中由过热引起的放热失控事件，或者可能引起内部短路从而导致电池内部结构过流/过热的冲击/击穿。

一些现有的便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统依赖于几种类型的电池，每种电池都有其自身的应用权衡。例如，现有的便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统可以使用多个铅酸电池，从而导致相对大且重的便携式焊接系统。使用具有相对低比能(wh/kg)的多个铅酸电池导致便携式焊接系统难以运输，因此其适用性受到限制。现有的便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统可以使用四(4)个12伏直流铅酸电池(每个永久性地放置在便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统壳体中)，以提供拉弧螺柱焊接所需的高电流容量。现有的包括铅酸电池的便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统可包括内部电池充电器，内部电池充电器进一步增加了所得便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统的尺寸和重量。由于铅酸电池可能需要相对长的再充电时间，因此这种系统可能由于这种限制而遭受更长时间的运行时间损失。除了上述铅酸电池的限制之外，另外的限制包括由于过热而导致的电池劣化、电池老化、过度放电、低充电速率、短循环寿命、由于酸泄漏和/或氢气泄漏可能导致的危险状况。此外，铅是一种有毒金属，会对环境适当处置产生额外的危害。

用于便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统的其他电池类型具有负面属性，这限制了它们在便携式电池供电拉弧螺柱焊接系统中的适用性。镍镉(nicd)电池在不使用时可能会迅速失去电量。nicd电池可能还需要完全放电/充电，以防止称为记忆效应的效应，其中镍镉电池在充电前如果没有完全放电，则会逐渐失去其最大充电容量。此效应仅随着时间的推移而增加。最后，nicd电池含有有毒镉，与铅酸电池一样，会对环境适当处置产生额外的危害。(电池类型特征信息来源：

http://batteryuniversity.com/learn/article/secondary_batteries)。

镍氢(nimh)电池在不使用时可能比nicd电池更容易失去电量。与nicd电池相比，nimh电池的循环寿命(充电/放电循环寿命总数)也更短。最后，nimh电池所需的充电时间是nicd电池的两倍。

其他锂离子电池化学物质(包括锂钴氧化物(licoo2)、锂锰氧化物(limn2o4)和锂镍锰钴氧化物(linimncoo2，或“nmc”))可能容易受到因过流和/或过热导致的热失控，这可能导致火灾或其他危险情况。最后，钴是一种有毒金属，与铅和镉一样，会对环境适当处置产生额外的危害。

鉴于上述情况，一种低成本、便携式的拉弧螺柱焊接系统是需要的。

技术实现要素：

本公开涉及一种便携式电池供电的拉弧螺柱焊接系统，其具有lfp电池和螺柱焊接电池控制系统，提供这些益处。具体地，提供了一种具有磷酸铁锂(lfp)电池和螺柱焊接电池控制系统(swbcs)的便携式拉弧螺柱焊机设备，用于将螺柱焊接到工件上。一种便携式拉弧螺柱焊机设备包括壳体，lfp电池，其设置在壳体内，多个lfp电池单元，焊接螺柱枪，其构造为保持与lfp电池电连接的螺柱，用于接收来自lfp电池的能量，以使电流通过螺柱和工件来形成焊接件。swbcs设置在壳体中，并且电连接到便携式拉弧螺柱焊机设备的lfp电池。swbcs包括计算机(例如,数字控制器)、存储器以及它们中的指令，如以下所述以实现控制和监测所述便携式拉弧螺柱焊机设备的操作。

提供一种具有lfp电池和螺柱焊接电池控制系统(swbcs)的便携式拉弧螺柱焊机设备，用于将螺柱焊接到工件上。便携式拉弧螺柱焊机设备可以包括壳体，磷酸铁锂(lfp)电池，其设置在壳体内，并且可以包括多个lfp电池单元，焊接螺柱枪，其构造为保持与lfp电池电连接的螺柱，用于接收来自lfp电池的能量，以使电流通过螺柱和所述工件来形成焊接件，螺柱焊接电池控制系统(swbcs)，其设置在所述壳体中，电连接到便携式拉弧螺柱焊机设备的lfp电池。swbcs包括计算机、其包括处理器、存储器以及它们中的指令，以实现控制和监测便携式拉弧螺柱焊机设备的操作。swbcs构造为经由温度传感器量度lfp电池的温度并将温度与预定温度范围进行比较。swbcs构造为如果lfp电池的量度得的温度超过预定温度水平和/或在本文中描述的其他控制变量，则启动设置在壳体中的一个或多个风扇。swbcs构造为当量度得的温度下降到低于预定温度水平和/或本文中描述的其他控制变量，则停用一个或多个风扇。

在便携式拉弧螺柱焊机设备中并入lfp电池的优点至少包括：便携式拉弧螺柱焊机设备为结构应用提供全强度螺柱焊接。便携式拉弧螺柱焊机设备符合awsd1.1的要求，采用单个用户/操作者可以轻松移动的小而轻的封装。便携式拉弧螺柱焊机设备能够焊接超过一百(100)个1.27cm(0.5英寸)螺柱焊接点，而无需为lfp电池充电。并入了lfp电池的便携式拉弧螺柱焊机设备具有许多独特的电池性能属性，包括连续涓流(即缓慢)充电而不损坏lfp电池的能力，涓流充电率超过焊接放电率(也就是说，焊接不会超过涓流充电率来最终使lfp电池放电)，在充电前没有需要完全放电的电池记忆问题，本质上安全不受热失控状况的影响，并且在处置时不会产生有毒或有害废物。

附图说明

本发明的其他优点将易于理解，因为当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以更好地理解本发明的其他优点，在附图中：

图1是根据本发明的一个方面的便携式拉弧螺柱焊机的侧面透视图，至少示出了带有手柄的壳体，手柄用于使便携式拉弧螺柱焊机易于由操作者/用户携带；

图2是根据本发明的一个方面的移除了壳体的便携式拉弧螺柱焊机的透视图，至少示出了lfp电池、枪线圈电容器、螺柱焊机电池控制系统(swbcs)板、焊接螺柱枪控制板、输入控制系统板、视频显示板和lcd显示器；

图3是图2的便携式拉弧螺柱焊机的侧视图；

图4是图2的便携式拉弧螺柱焊机的另一侧视图；

图5是图2的便携式拉弧螺柱焊机的俯视图；

图6是图2的便携式拉弧螺柱焊机的分解图；

图7是图2的便携式拉弧螺柱焊机的lfp电池的侧视图；

图8是图2的便携式拉弧螺柱焊机的示意图；

图9a至图9f是示出图2的便携式拉弧螺柱焊机的控制逻辑(包括swbcs内的控制逻辑)的一些实施例的流程图；以及

图10是图2的便携式拉弧螺柱焊机的lcd用户界面的示例性屏幕截图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的数字在几个视图中表示相应的部件，便携式拉弧螺柱焊机设备20一般示出用于将螺柱焊接到工件上。便携式拉弧螺柱焊机设备20包括壳体22，壳体22通常具有长方体形状，并包括前壁24、后壁26、顶壁28、底壁30、第一侧壁32和第二侧壁34。如在图1至图6中最佳所示，便携式拉弧螺柱焊机设备20包括lfp电池38、swbcs42、焊枪线圈电容器46、焊接电流传感器52、焊枪控制系统板54、输入感测控制系统板62、开关晶体管(例如，绝缘栅双极型晶体管(igbt))66、一对焊接端子68、lcd用户界面80、至少一对冷却风扇84、充电端口86、电源开关88、焊枪控制连接器92、手柄94、支脚96和lcd用户界面板98。

图2至图6示出了移除了壳体22的便携式拉弧螺柱焊机设备20的实施例。第一侧壁32包括一对焊接端子68。焊接端子68包括负(“-”)端子68a和正(“+”)端子68b。lcd用户界面80也设置在第一侧壁32上(例如，参见图11)。lcd用户界面80是电容式触摸屏，操作者/用户可以利用该电容式触摸屏操作便携式拉弧螺柱焊机设备20并调节便携式拉弧螺柱焊机设备20的操作的各种特性。第一侧壁32还包括电源(on/off)开关88。第一侧壁32还包括焊枪控制连接器92。焊枪控制连接器92构造为接纳焊枪82(如图9所示)。第一侧壁32包括通气孔102，通气孔102构造为便于空气流入壳体22和/或从壳体22流出，并且构造有风扇84。

部件搁架100附接到前壁24和/或后壁26，并且包括用于便携式拉弧螺柱焊机拉弧20的一个或多个部件的安装位置。在实施例中，部件搁架100包括(即，支撑)swbcs42。swbcs42构造为一个或多个印刷电路板(pcb)，其包括一个或多个计算机部件(例如，处理器、存储器和/或系统芯片)。例如通过接线或其他电接口，swbcs42经由部件搁架100连接到便携式拉弧螺柱焊机设备20的一个或多个其他部件。部件搁架100包括焊枪线圈电容器46。焊枪线圈电容器46经由部件搁架100连接到便携式拉弧螺柱焊机设备20的一个或多个其他部件。部件搁架100包括焊接电流传感器52。焊接电流传感器52构造为一个或多个印刷电路板(pcb)，其包括一个或多个计算机部件(例如，处理器、存储器和/或系统芯片)。例如通过接线，焊接电流传感器52经由部件搁架100连接到便携式拉弧螺柱焊机设备20的一个多个其他部件。部件搁架100包括焊枪控制系统板54。焊枪控制系统板54构造为一个或多个印刷电路板(pcb)，其包括一个或多个计算机部件(例如，处理器、存储器和/或系统芯片)。焊枪控制系统板54经由部件搁架100连接到便携式拉弧螺柱焊机设备20的一个或多个其他部件。部件搁架100包括输入感测控制系统板62。输入感测控制系统板62构造为一个或多个印刷电路板(pcb)，其包括一个或多个计算机部件(例如，处理器、存储器和/或系统芯片)。输入感测控制系统板62经由部件搁架100连接到便携式拉弧螺柱焊机设备20的一个或多个其他部件。部件搁架100包括开关晶体管(例如，绝缘栅双极型晶体管(igbt))66。igbt66构造为开关晶体管，以便执行其所需的作用来调节用于拉弧螺柱焊接的焊接放电电流，同时另外提供在swbcs42需要时禁用电池放电电流的手段。igbt66通过其与swbcs42的集成来取代大且笨重的继电器(例如，900a继电器)或者昂贵和/或大而重的晶体管。igbt66经由部件搁架100连接到便携式拉弧螺柱焊机设备20的一个或多个其他部件。部件搁架100包括用于lcd用户界面80的lcd用户界面驱动板98。lcd用户界面驱动板98构造为一个或多个印刷电路板(pcb)，其包括一个或多个计算机部件(例如，处理器、存储器和/或系统芯片)。lcd用户界面驱动板98经由部件搁架100连接到便携式拉弧螺柱焊机设备20的一个或多个其他部件。

后壁26也连接到部件搁架100。后壁26包括充电端口86和通气孔102。充电端口86构造为接纳充电线(未示出)，并且通气孔102构造为接合一个或多个风扇84。通气孔102构造为便于空气经由一个或多个风扇84流入壳体22和/或从壳体22流出。第一侧壁32和第二侧壁34构造为接合底壁30。底壁30包括用于lfp电池38的支撑件、一个或多个风扇84、一个或多个支脚96。

现在参考图7，示出了便携式拉弧螺柱焊机设备20的lfp电池38的实施例。lfp电池38包括多个单独的lfp电池单元70。如本文所讨论的，lfp电池单元70布置在lfp单元70的阵列中，并且lfp单元70的阵列被组合(即，物理上和/或电气上组合)以形成lfp电池38。在实施例中，lfp电池单元70串联电连接(即，组合)。例如，第一lfp电池单元70的正极端子连接到第二lfp电池单元70的负极端子。可以重复该构造，直到例如但不限于十六(16)个lfp电池单元70串联接合。另外或作为选择，lfp电池单元70并联电连接。

在实施例中，lfp电池单元70具有例如26mm直径×65mm长的形状/尺寸。应当理解，可以预期其他尺寸和/或形状的lfp电池单元70，并且本文描述的lfp电池单元70的特性是示例性的而非限制性的。lfp电池单元70具有如本文所述的lfp电池的特性，例如比能为90-120wh/kg，内阻非常低，循环寿命为1000-2000次循环。(基于80％的放电深度)，1-2小时的充电时间，小于5％的自放电率/月(室温下)，标称电池电压为3.2-3.3v，充电截止电压为3.60v/单元，放电截止电压为2.50v/单元。

回到图7，lfp电池单元70示出为排列成阵列(即，行)，九个(9)lfp单元通过单元汇流条(bussbar)76彼此并联电连接。单元汇流条76构造为使得单元汇流条76的第一端连接到第一lfp电池单元70，并且单元汇流条76的后续端子(未示出)电连接两个到九个lfp电池单元70，从而形成如图7所示的lfp电池单元70的排。在lfp电池单元70周围(例如但不限于lfp电池单元70的顶部和下方)设置有绝缘垫/导热垫74。绝缘垫/导热垫74提供用于冷却lfp电池单元70的热传导。

电池端子汇流条78示出为电连接到lfp电池单元70。电池端子汇流条78包括终端部分79，终端部分79构造为分配存储在lfp电池单元70内的电能和/或经由至少swbcs42从充电端口86接收电能。

lfp电池38包括散热器壁72，散热器壁72构造为接纳lfp电池单元70、绝缘垫/导热垫74、单元汇流条76、电池端子汇流条78和/或温度传感器44。散热器壁72由具有高导热性的材料(例如铝)构成，因为散热器壁72用作这样的一体装置：其将来自lfp电池单元70的热量传递到强制空气流，该强制空气流移动通过lfp电池38的所有侧面上的设计管道空间，至少如图7所示包括穿过lfp电池38的中央管道d。散热器壁72构造有部件(未示出)，以允许散热器壁72牢固地附接到便携式拉弧螺柱焊接设备20，例如底壁30。散热器壁72包括开口(即，孔)，以促进空气从风扇84流动和/或从lfp电池单元70和周围散热。如图7所示，散热器壁72构造为接纳一个或多个温度传感器44，例如但不限于，在散热器壁72的顶表面和底表面上接纳。

图8是便携式拉弧螺柱焊接设备20的实施例的示意图。壳体22包含lfp电池38，lfp电池38包括多个lfp电池单元70。如图7所示，温度传感器44设置在lfp电池38上。lfp电池38和温度传感器44都电连接到swbcs42。在实施例中，swbcs42构造为在其平衡多个lfp电池单元70的电压水平之前、期间或之后，经由温度传感器44量度lfp电池38的一个或多个温度，并将该一个或多个温度与存储在swbcs42中的一个或多个预定温度水平或范围进行比较。swbcs42构造为如果lfp电池38的量度温度超过存储在swbcs42中的预定温度水平或范围，和/或响应于本文所述的其他控制变量，则选择性地控制设置在壳体22中的一个或多个风扇84。swbcs42构造为当量度温度下降到低于存储在swbcs42中的预定温度水平或范围时，和/或响应于本文所述的其他控制变量，经由风扇控制模块106选择性地控制一个或多个风扇84。

lfp电池38经由设置在壳体22上的充电端口86充电。充电端口86电连接到swbcs42。swbcs42包括充电电流传感器50，以监视、量度和/或调节提供给lfp电池38的lfp电池单元70的电流。充电继电器104包括在lfp电池38的充电电路中。在充电循环期间，例如当swbcs42经由热感测模块108和/或温度传感器44确定lfp电池38的量度温度高于存储在swbcs42中的预定温度水平时，充电继电器104由swbcs42激活。另外和作为选择，在充电循环期间，例如当swbcs42经由单元感测和平衡模块110确定lfp电池38的lfp电池单元70的充电水平被量度为高于存储在swbcs42中的预定充电水平时，充电继电器104由swbcs42激活。应当注意，无论电源开关88是否接通(即，由用户激活)，swbcs42都可以监视、量度和/或调节lfp电池38。

电源开关88构造有电源使能模块112。电源使能模块112包括在swbcs42内，以确定设置在壳体22上的电源开关88的位置。例如，电源使能模块112向swbcs42提供关于电源开关88的状态的信号。swbcs42使用该信号来确定便携式拉弧螺柱焊接设备20是处于关闭状态、仅充电状态、充电和焊接状态、或焊接状态。

swbcs42构造有单元感测和平衡模块110。单元感测和平衡模块110包括电流和电压量度装置和/或设施，以监视、量度和/或调节lfp电池38的lfp电池单元70的电压和电流水平。在实施例中，单元感测和平衡模块110对lfp电池单元70执行电池平衡。电池平衡包括确定每个lfp电池单元70的电压水平，比较所确定的电压，以及根据存储在swbcs42中的预定电压来调节电压。例如，用于lfp电池单元70的预定电压可以是3.0v。由swbcs42量度lfp电池单元70确定一些lfp电池单元70高于3.0v，一些低于3.0v，一些处于3.0v。在实施例中，swbcs42的单元感测和平衡模块110从超过3.0v的lfp电池单元70释放能量以使其与低于3.0v的lfp电池单元70平衡。在实施例中，单元感测和平衡模块和/或swbcs42在lcd用户界面80上为操作者/用户显示一个或多个消息，从而描述lfp电池38的lfp电池单元70的状态。

swbcs42还包括电源58，电源58构造为链接在一起的多个dc/dc转换器，或“菊花链式”连接到单个dc/dc转换器，该单个dc/dc转换器具有比多个dc/dc转换器更大的容量。单个dc/dc转换器构造有比多个dc/dc转换器更宽的运行范围，以处理来自lfp电池38的电池端子汇流条78的变化电压。另外，单个dc/dc转换器配备有使能输入引脚(未示出)，该使能输入引脚通过电源开关88和/或电源使能模块112的操作而被激活。通过使用电源58的单个dc/dc转换器，通过使用充电端口86或与便携式拉弧螺柱焊机20相同类型的其他对等焊机(peerwelder)进行充电，将通过电源开关88的电流保持在较低水平，以用于操作者/用户安全和/或自动激活。电源58还连接到焊接电源开关电源60。焊接电源开关电源60连接到igbt66、焊接放电电路114的一部分。

swbcs42还包括连接到焊枪线圈电容器46、焊枪控制系统板54和/或焊枪82的补充充电模块48。补充充电模块48通过swbcs42构造为提供电流以对焊枪线圈电容器42充电，使其能量足以供应焊枪82的螺线管以进行螺柱焊接。

swbcs42连接到输入感测控制系统板62，输入感测控制系统板62还连接到焊接电流传感器52、焊枪控制系统板54、lcd用户界面80和焊接放电电路114。

便携式拉弧螺柱焊机20的焊接放电电路114包括焊接电流传感器52、电容器56、焊接扼流圈64、igbt66和焊接端子68。焊接电流传感器52构造为霍尔效应传感器，具有高频响应特性以检测高速脉冲，使得swbcs42能够快速响应例如过电流状况。焊接电流传感器52构造为将swbcs42与焊接电路(即焊接放电电路114)隔离。焊接电流传感器52构造为霍尔效应传感器，其还提供防止电噪声干扰swbcs42的保护屏障。

参考图9a，流程图详细说明了swbcs42的操作及其编程。如本文所述，swbcs42在至少包括处理器和存储器的计算机中实现。计算机的非限制性实例是系统芯片和数字控制器。

在初始化之后，swbcs42执行许多系统级任务。swbcs42的这些系统级任务同时、线性地或以其组合执行。在实施例中，至少取决于焊机20和/或swbcs42的操作状态，不执行一些系统级任务。

在图9b中，swbcs42执行多个系统级任务中的第一项任务。第一项任务是量度电池电压。swbcs42量度lfp电池38的电压。lfp电池38的电压的量度包括对lfp电池38的每个lfp电池单元70进行相对于时间取平均的多个采样。如果lfp电池38的电压低于预定阈值(例如编程到控制系统42中的阈值)，则产生低lfp电池电压信号并显示在lcd用户界面80上。如果lfp电池38的电压处于预定阈值，则产生oklfp电池电压信号并显示在lcd用户界面80上。

如图9e中进一步描述的那样，系统级任务量度电池电压涉及至少swbcs42和/或焊机20的其他部件的多个充电状态(soc)检测/反应。当从一系列连续焊接量度得的lfp电池38电压的变化率超过预定水平时，产生电池电量低错误。或者，如果焊接电流设定值与实际焊接电流之间的差超过预定值，并且量度得的lfp电池38电压低于预定电压水平，则至少由swbcs42产生“电池电量低”错误讯息，并且在lcd用户界面80上显示。另外和/或作为选择，swbcs42量度lfp电池38的电压，并确定在lcd用户界面80上显示的lfp电池38的充电状态(soc)。另外和/或作为选择，swbcs42量度lfp电池38的充电电流，和/或确定lfp电池38的量度得的充电电流是否高于预定充电电流水平。lfp电池38的量度得的充电电流(和/或其他相关数据)显示在lcd用户界面80上。

另一个系统级任务是量度单个单元电压。swbcs42构造为量度lfp电池38的每组并联连接的lfp电池单元70的电压。在获得lfp电池38的每组并联连接的lfp电池单元70的电压的量度值之后，swbcs42将各组lfp电池单元70彼此进行比较以确定是否需要平衡。电池平衡涉及从lfp电池38的各组lfp电池单元70传输能量，直到lfp电池38的所有组lfp电池单元70的电压水平具有例如在预定窄范围内的电压水平。swbcs42构造为在完成其他系统级任务的同时继续平衡。

如果需要电池平衡(即，lfp电池38的各单元的电压是不平衡的和/或不相等)，则swbcs42构造为从各单元传输能量，直到lfp电池38的lfp电池单元70平衡(即，在预定平衡范围内)。如果不需要电池平衡(即，lfp电池38的各单元是平衡的)，则swbcs42将不执行该任务。

swbcs42的另一个系统级任务是使用电池单元热传感器进行量度。swbcs42使用温度传感器44来量度lfp电池38的温度。温度传感器44可以是例如热电偶或负温度系数(ntc)热敏电阻，其构造为使用电能量度温度。温度传感器44至少设置在焊机20的lfp电池38周围。例如，温度传感器44也设置在壳体22周围。如本文所述，温度传感器44设置在lfp电池38内，例如lfp38的一个或多个单元周围或附近。

使用温度传感器44的swbcs42接收温度传感器44的各个位置处(包括但不限于lfp电池38)的温度量度值(即，读数)。在从温度传感器44接收到温度量度值后，swbcs42例如使用应用软件确定lfp电池38(或焊机20的其他部件)是否需要冷却(即，降低温度或焊接过程是否应该结束)。

如果swbcs42通过从温度传感器44获得的数据确定来自温度传感器44的温度量度值在预定温度范围内(即，温度“ok”)，则swbcs42关闭(或选择性地控制)焊机20的一个或多个风扇84。在实施例中，swbcs42在启动时在执行系统级任务使用电池单元热传感器进行量度之前自动启动风扇84。这种启动发生以降低lfp电池38和/或焊机20的其他部件的温度，例如焊机20处于炎热环境中的情况(例如，炎热天气及沉浸在阳光下的封闭车辆，或作为经由温度传感器44感测高温之前响应于高焊接速率的先发动作)。

如果swbcs42通过从温度传感器44获得的数据确定来自温度传感器44的温度量度值不在预定温度范围内(即，温度“太高”)，则swbcs42启动焊机20的一个或多个风扇84。

swbcs42在预定的时间段(例如在焊机20通电期间，或者在焊机20通电并且在焊接模式下操作时(即，将电流放电到工件，或者充电时))内继续从温度传感器44获得数据。

如图9d中进一步描述的那样，系统级任务使用电池单元热传感器进行量度涉及至少由swbcs42和/或焊机20的其他部件进行的热量度/确定。

如本文所述，焊机20包括一个或多个风扇84。风扇84构造为以一个或多个速度操作和/或以可变速度操作(例如，选择性地控制)。例如但不限于，第一风扇84构造为以“低”和“高”速度操作，第一风扇84在低速下的速度(即，rpm)可以是大约500rpm，而高速可能是大约1000rpm。第二风扇84构造为在第二风扇84的整个操作范围内以可变速度操作。附加风扇84可以包括在焊机20中，并且可以构造为与通风孔102和/或其他气流管理装置(未示出)一起操作。

第一热量度/确定包括风扇84从“关闭”到第一速度(例如，“低”)的转换。如果量度得的焊接频率超过预定焊接频率水平，或者量度得的lfp电池38温度变化率超过预定lfp电池38温度变化率水平，或者如果量度得的lfp电池38平均功率超过预定lfp电池38平均功率水平，或者如果量度得的lfp电池38温度超过预定水平，则风扇84从“关闭”配置到第一速度。在替代实施例中，从“关闭”转换可变速度，可变速度可以与超过相应预定水平的量成比例(或具有另一种关系)。

第二热量度/确定包括风扇84从第一(“低”)速度到第二(“高”)速度的转换。如果量度得的焊接频率超过预定焊接频率水平，或者量度得的lfp电池38温度变化率超过预定lfp电池38温度变化率水平，或者如果量度得的lfp电池38平均功率超过预定lfp电池平均功率水平，并且量度得的lfp电池38的温度超过预定lfp电池温度，风扇84从第一“低”速度配置到第二“高”速度。在替代实施例中，从第一可变速度转换第二可变速度，每个可变速度可以与超过相应预定水平的量成比例(或具有另一种关系)。

第三热量度/确定包括风扇84从第一(“高”)速度到第二(“低”)速度的转换。如果量度得的焊接频率低于预定焊接频率水平，并且量度得的电池温度变化率低于预定温度变化率水平，并且如果量度得的lfp电池38平均功率低于预定平均功率水平，并且量度得的lfp电池38温度低于预定lfp电池38温度，风扇84从第一“高”速度配置到第二“低”速度。在替代实施例中，从第一可变速度转换第二可变速度，每个可变速度可以与低于相应预定水平的量成比例(或具有另一种关系)。第四热量度/确定包括风扇84从“低”速度到“关闭”(即，不活动)的转换。如果量度得的焊接频率低于预定焊接频率水平，并且量度得的电池温度变化率低于预定温度变化率水平，并且如果量度得的lfp电池38平均功率低于预定平均功率水平，并且量度得的lfp电池38温度低于预定lfp电池38温度，风扇84从“低”速度配置到关闭。在替代实施例中，从可变速度转换关闭，可变速度可以与低于相应预定水平的量成比例(或具有另一种关系)。

另一个系统级任务是量度枪电容器。swbcs42确定焊枪线圈电容器46是否充满电。如果swbcs42确定焊枪线圈电容器46未充满电，则swbcs42激活补充充电模块48，以将焊枪线圈电容器46完全充电到预定电压水平(由焊机20确定的预定水平)。当swbcs42确定焊枪线圈电容器46充满电时，swbcs42移动到下一个系统级任务，即热过载传感器输入。类似地，如果swbcs42确定焊枪线圈电容器46已经充满电(即，基于预定水平不需要进一步充电)。

另一个系统级任务是节电。节电包括由swbcs42(和/或焊机20的其他部件)确定计时器134是否最初被激活(即，焊机20被“启动”)，或者焊机20的编码器是否被转动，或者lcd用户界面是否被激活(即，被操作者/用户触摸)，则将lcd用户界面80的状态从节电状态(即，变暗)构置为全功率状态(即，全亮度)。

第二节电任务包括由swbcs42(和/或焊机20的其他部件)确定如果量度得的充电状态(soc)小于预定soc水平，或者如果量度得的焊接频率降低到低于预定焊接频率水平，或者如果由swbcs42(和/或焊机20的其他部件)确定焊机20的编码器在预定时间段内一直处于非活动状态，或者如果由swbcs42(和/或焊机20的其他部件)确定lcd用户界面80在预定时间段内一直处于非活动状态(即，未被操作者/用户触摸)，以及如果焊机20已经构置(由操作者/用户和/或swbcs42)到节电构置，则lcd用户界面80的状态从全功率状态(即，全亮度)构置到节电状态(即，变暗)。

第三节电任务包括swbcs42(和/或焊机20的其他部件)将lcd用户界面80构造成为操作者/用户显示充电状态(soc)图标(例如，程式化电池)，和/或提供操作者/用户设定点处的多个焊接点的估计(至少部分基于swbcs42的确定)。操作者/用户可以使用该信息来确定如何利用lfp电池38的剩余电量(例如，以较低功率设置执行更多焊接)。

第四节电任务包括由swbcs42(和/或焊机20的其他部件)确定如果量度得的焊接频率低于预定焊接频率阈值并且焊机20构造为自动关闭(即，自动断电)，并且自上次焊接操作后的量度得时间超过预定时间段并且焊机20的编码器未被激活，并且lcd用户界面80未被触摸(即，触摸屏超时未到期)或量度得的lfp电池38的充电状态(soc)低于预定soc水平，则焊机20自动关机。在量度得的lfp电池38的soc导致焊机20关机的情况下，关机用于保护lfp电池38(即，防止损坏lfp电池38)。在第四节电任务中描述的其他情况下，关机是为了方便操作者/用户(即，暂时离开焊机20但是打算返回并重新开始焊接)。

在系统级任务热过载传感器输入中，swbcs42确定温度传感器44的状态(即，操作状况)。如本文所讨论的，监测lfp电池38的温度是焊机20操作中的重要因素。结果，swbcs42确定监测lfp电池的每个温度传感器44的状态，以及设置在焊机20中的任何其他温度传感器44的状态。swbcs42通过量度例如由温度传感器44提供的返回电压或信号来确定温度传感器44的状态。swbcs42在确定温度传感器44(即，热过载传感器输入)中的至少一个错误时，停用焊机20或以其他方式改变焊机20的操作，例如以便保护lfp电池38。如果swbcs42确定温度传感器44中没有错误(即，返回预定或预期的电压或信号)。

在系统级任务量度电池充电电流中，swbcs42可以使用电池充电电流传感器50和电压量度电路确定电流和电压水平是否处于预定的电流和电压范围内。如果在充电时例如一组lfp电池单元70的电压太低，则swbcs42可以打开充电继电器104，以断开充电路径，结束电池充电过程并在lcd用户界面80上显示错误消息。

在系统级任务接触输入中，swbcs42使用焊枪82确定焊枪82所保持的螺柱与工件是否已经接触，从而完成电路并为要发生的拉弧焊接过程提供条件。如果swbcs42确定焊枪82所保持的螺柱未与工件接触，则结束系统级任务，并且拉弧焊接过程不发生。如果swbcs42确定焊枪82所保持的螺柱与工件接触，则swbcs42允许焊接过程发生。

在系统级任务枪触发器输入中，swbcs42使用焊枪控制系统板54确定焊枪82的触发器是否已被按下(由操作者/用户)。如果swbcs42确定没有按下焊枪82的触发器，则结束系统级任务，并且不激活拉弧焊接过程。如果swbcs42确定已按下焊枪82的触发器，则swbcs42确定是否存在错误(例如，温度错误、低电池电量、焊枪线圈短路等)。如果不存在错误并且实现了工件接触，则swbcs42允许拉弧焊接过程开始，并且在焊接例程执行和完成之后，结束系统级任务。如果存在错误，则结束系统级任务，并且不激活拉弧焊接过程，并且系统级任务结束。

参考图9c，描述swbcs42的焊接过程。第一步是进入焊接过程。在操作者/用户使螺柱与工件接触之后，焊接过程开始，按下焊枪82的触发器，焊枪82的螺线管抬起螺柱，螺柱拉弧，并且在预定的电弧作用时间过去之后，焊枪82的螺线管断电，枪簧将螺柱插入工件中形成的熔池中。

下一步，作为焊接过程的启动的结果，进行暂停单元平衡和充电步骤。此时，由swbcs42进行的任何单元平衡(如本文所述)可以暂停或停止。这种暂停或停止允许lfp电池38独立地输送焊接电流，而不从充电系统或从swbcs获取电流。

下一步，进行调节低电流(高增益)步骤，该低电流为相对低的电流(称为先导电流)，通过焊枪82进入短路，并且当螺柱从工件上抬起一小段距离(在下一步中)时由swbcs42维持(即调节)。

在螺柱和工件之间建立低电流(先导电流)流动后，进行提升螺柱(对枪螺线管通电)步骤。焊枪82通电，从而导致在螺柱和工件之间的小距离内形成电弧。swbcs42确定是否形成电弧，例如通过确定(即监测)焊接放电电流流动和电弧焊接电压。如果swbcs42通过经由焊接电流传感器52量度电弧电压和焊接电流来确定已经拉弧，则该过程继续到下一步骤。

在下一步中，在拉出引弧之后，进行调节设定点电流(低增益)步骤。swbcs42利用内部设置的定时器功能(即，预定时间)，或者由操作者/用户使用lcd用户界面80来设置焊接时间。焊接时间显示在lcd用户界面80上。因此，swbcs42控制在螺柱和工件之间拉出(或存在)焊接电弧的时间长度，以及控制何时结束该电弧。例如，swbcs42控制焊接电弧的时间长度短至100毫秒。在swbcs42确定已经经过编程时间后，该过程移动到下一步，即下降螺柱(对枪螺线管断电)步骤。

在下降螺柱(对枪螺线管断电)步骤中，swbcs42使用另一个定时器功能来确定在将螺柱插入工件之后保持电流的时间长度。swbcs42监测电流流过螺柱进入工件的时间。在时间到期后，swbcs42停止电流流过螺柱到达工件，并形成焊接点，从而接合螺柱和工件。

此时，swbcs42基于输入感测控制系统板62上的接触检测功能确定枪夹头和焊接螺柱之间是否存在接触。swbcs42继续确定焊枪82的夹头是否仍然与焊接螺柱接触。如果焊枪82不再与焊接螺柱接触，则swbcs42确定焊枪82的触发器是否已被释放(例如由操作者/用户释放)。如果焊枪82的触发器已经释放，则swbcs42的焊接过程结束。

图10示出了lcd用户界面80的示例性视觉读数。lcd用户界面80包括多个触摸屏，其中一个触摸屏在图10中示出。lcd用户界面80上显示的信息至少提供给lcd用户界面板98，以便由swbcs42在lcd用户界面80上显示，但焊机20的其他部件也单独或与swbcs42一起利用lcd用户界面80和/或lcd用户界面板98。还预期lcd用户界面80包括设置在焊机20周围的补充控件，这些控件与lcd用户界面80结合使用或仅与lcd用户界面80交互。在图10所示的示例性触摸屏中，提供了调节焊接电流控件120。通过按压调节焊接电流控件120，操作者/用户升高或降低下一次焊接中使用的电流，并且该电流在lcd用户界面80上显示为电流水平132。

在lcd用户界面80上提供系统设置控件122。在该实施例中，系统设置控件122用齿轮表示，但是也可以使用其他图标。通过按压系统设置控件122，操作者/用户使一个或多个附加触摸屏出现在lcd用户界面80上。这些附加屏幕例如包括：总焊接计数器，其跟踪焊机20的焊接过程总数；用户焊接计数器，其跟踪特定操作者/用户的焊接过程总数，并包括重置选项(例如跟踪操作者/用户对特定任务进行的焊接数量)；出厂默认选项，其将焊机20恢复为出厂默认设置；服务设置密码输入选项，其由授权的服务技术人员使用，以执行对焊机20的服务和/或维护；以及显示电压选项，其允许操作者/用户在lcd用户界面80上显示焊接电压之间切换。

在lcd用户界面80上提供错误/通知控件124。在该实施例中，错误/通知控件124由铃铛表示，但是也可以使用其他图标。通过按压错误/通知控件124，操作者/用户使一个或多个附加触摸屏出现在lcd用户界面80上。这些附加屏幕包括例如关于焊机20的操作的任何错误消息或其他通知的细节，并向操作者/用户提供附加信息或请求，以便操作者/用户响应。

在lcd用户界面80上提供锁定/解锁控件128。在该实施例中，锁定/解锁控件128由挂锁表示，但是也可以使用其他图标。通过按压锁定/解锁控件128，操作者/用户使一个或多个附加触摸屏出现在lcd用户界面80上。这些附加屏幕例如包括锁定/解锁切换控件，如果由操作者/用户激活锁定/解锁切换控件，则锁定lcd用户界面80以防止对操作者/用户做出的设置产生任何不期望的改变，例如由于在焊接过程中操作者/用户意外接触lcd用户界面80。

在lcd用户界面80上提供预设控件130。在该实施例中，预设控件130由三乘三立方体表示，但是也可以使用其他图标。通过按压预设控制130，操作者/用户使一个或多个附加触摸屏出现在lcd用户界面80上。这些附加屏幕例如包括预设控制屏幕，其包括用于操作者/用户存储和/或调用存储在焊机20中的预设的控件。例如，焊接设置包括但不限于可以保存和/或由操作者/用户调用的焊接时间、焊接电流、提升高度和插入深度。

在lcd用户界面80上提供调节焊接时间控件144。通过按压调节焊接时间控件144，操作者/用户延长或缩短下一次焊接的焊接时间，并在lcd用户界面80上显示为计时器134。

在lcd用户界面80上提供电池充电水平136。在该实施例中，电池充电水平136由程式化电池表示，但是也可以使用其他图标。通过选择性地显示程式化电池的内部以表示电池充电水平(例如，半满的内部表示一半的电池电量)，向操作者/用户显示电池充电水平136。

在lcd用户界面80上提供焊接结果控件138。在该实施例中，焊接结果控件138由图表表示，但是也可以使用其他图标。通过按压焊接结果控件138，操作者/用户使一个或多个附加触摸屏出现在lcd用户界面80上。这些附加屏幕例如包括详细描述先前焊接细节的屏幕，以供操作者/用户查看。

在lcd用户界面80上提供焊接过程监测器140。在该实施例中，焊接过程监测器140由图表表示，但是也可以使用其他图标。通过按压焊接过程监测器140，操作者/用户使一个或多个附加触摸屏出现在lcd用户界面80上。这些附加屏幕例如包括图表，该图表为操作者/用户提供先前焊接所产生的焊接波形的视图。该图表可以包括焊接电流和焊枪运动的叠加。

在lcd用户界面80上提供焊枪状态指示器142。在该实施例中，焊枪状态指示器142通过照亮图形指示器上的它们各自的部分来显示接触状态(与工件接触的状态)、枪触发器状态和/或线圈状态。

在lcd用户界面80上提供螺柱专家控件143。通过按压螺柱专家控件143，操作者/用户使一个或多个附加触摸屏出现在lcd用户界面80上。这些附加屏幕例如包括如下屏幕：该屏幕允许操作者/用户输入螺柱直径，并且接收对应于输入螺柱直径的焊接时间和焊接电流的正确设置。

显然，根据上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的，并且可以在所附权利要求的范围内以不同于具体描述的方式实施这些修改和变化。这些先行叙述应该被解释为涵盖创造性和新颖性发挥其效用的任何组合。